Vyberte jazyk:
Zariadenia ST & Technology LLC (STET) tribo-elektrostatický odlučovač pásov je ideálny na veľmi jemné blaho (<1µm) na stredne hrubé (500µm) minerálne častice, s veľmi vysokou priepustnosťou. Experimentálne zistenia preukázali schopnosť separátora STET profektovať vzorky bauxitu zvýšením dostupného oxidu hlinitého pri súčasnom znížení reaktívneho a celkového oxidu kremičitého. Technológia STET je prezentovaná ako metóda modernizácie a predkoncentrácie ložísk bauxitu na použitie pri výrobe oxidu hlinitého. Suché spracovanie separátorom STET bude mať za následok zníženie prevádzkových nákladov rafinérie z dôvodu nižšej spotreby hydroxidu sodného, úspory energie vďaka nižšiemu objemu inertných oxidov a zníženiu objemu zvyškov rafinérie oxidu hlinitého (ARR alebo červené bahno). okrem toho, technológia STET môže rafinériám oxidu hlinitého ponúknuť ďalšie výhody vrátane zvýšených zásob lomu, predĺženie životnosti miesta likvidácie červeného bahna, a predĺženú prevádzkovú životnosť existujúcich bauxitových baní zlepšením využitia lomu a maximalizáciou zhodnocovania. Vedľajší produkt bez obsahu vody a chemikálií vyrobený procesom STET je využiteľný na výrobu cementu vo veľkých objemoch bez predbežnej úpravy, na rozdiel od červeného kalu, ktorý má obmedzené prospešné opätovné použitie.
1.0 Úvod
Výroba hliníka má ústredný význam pre ťažobný a metalurgický priemysel a zásadný pre rôzne priemyselné odvetvia [1-2]. Zatiaľ čo hliník je najbežnejším kovovým prvkom nachádzajúcim sa na Zemi, Celkovo o 8% zemskej kôry, Ako prvok je reaktívny, a preto sa nevyskytuje prirodzene [3]. Teda, hliníková ruda musí byť rafinovaná na výrobu oxidu hlinitého a hliníka, čo má za následok významnú tvorbu rezíduí [4]. Keďže kvalita ložísk bauxitu celosvetovo klesá, tvorba rezíduí sa zvyšuje, predstavovanie výziev pre odvetvie výroby oxidu hlinitého a hliníka z hľadiska nákladov na spracovanie, náklady na zneškodňovanie a vplyv na životné prostredie [3].
Primárnym východiskovým materiálom pre rafináciu hliníka je bauxit, Hlavný komerčný zdroj hliníka na svete [5]. Bauxit je obohatená sedimentárna hornina hydroxidu hlinitého, vyrába sa laterizáciou a zvetrávaním hornín bohatých na oxidy železa, oxidy hliníka, alebo obe bežne obsahujúce kremeň a íly ako kaolín [3,6]. Bauxitové horniny pozostávajú prevažne z hliníkových minerálov gibbsite (Al(OH)3), Boehmite (γ-AlO(OH)) a diaspóry (α-AlO(OH)) (Tabuľka 1), a zvyčajne sa zmieša s dvoma oxidmi železa goethitom (FeO(OH)) a hematit (Fe2O3 (Fe2O3)), Hliníkový ílový minerál kaolinit, malé množstvá anatázy a / alebo titánie (TiO2), ilmenit (FeTiO3) a iné nečistoty v menších alebo stopových množstvách [3,6,7].
Pojmy trihydrát a monohydrát sa bežne používajú v priemysle na rozlíšenie rôznych druhov bauxitu. Bauxit, ktorý je úplne alebo takmer všetky gibbsite ložiská, sa nazýva trihydrátová ruda; Ak sú dominantnými minerálmi boehmit alebo diaspóra, označuje sa ako monohydrátová ruda [3]. Zmesi gibbsite a boehmit sú bežné vo všetkých druhoch bauxitov, Boehmit a diaspóra menej časté, a gibbsite a diaspóra zriedkavé. Každý druh bauxitovej rudy predstavuje svoje vlastné výzvy, pokiaľ ide o spracovanie nerastov a prínos pre výrobu oxidu hlinitého [7,8].
Tabuľka 1. Chemické zloženie gibbsite, Boehmit a diaspóra [3].
| Chemické zloženie | Gibbsite AL(OH)3 alebo Al2O3.3H2O | Boehmite ALO(OH) alebo Al2O3.H2O | Diaspóra ALO(OH) alebo Al2O3.H2O |
|---|---|---|---|
| Al2O3 WT | 65.35 | 84.97 | 84.98 |
| (OH) WT | 34.65 | 15.03 | 15.02 |
Ložiská bauxitu sú rozšírené po celom svete, väčšinou sa vyskytuje v tropických alebo subtropických oblastiach [8]. Bauxitová ťažba metalurgických aj nemetalurgických rúd je analogická s ťažbou iných priemyselných nerastov. Normálne, Beneficiácia alebo spracovanie bauxitu je obmedzené na drvenie, preosievanie, pranie, a sušenie surovej rudy [3]. Flotácia sa použila na modernizáciu určitých bauxitových rúd nízkej kvality, Nepreukázalo sa však, že by bol vysoko selektívny pri odmietaní kaolinitu, hlavný zdroj reaktívneho oxidu kremičitého, najmä v trihydrátových bauxitoch [9].
Väčšina bauxitu vyrobeného vo svete sa používa ako krmivo na výrobu oxidu hlinitého prostredníctvom procesu spoločnosti Bayer, metóda mokrého chemického lúhovania, pri ktorej sa Al_2 O_3 rozpúšťa z bauxitovej horniny použitím roztoku bohatého na hydroxid sodný pri zvýšenej teplote a tlaku [3,10,11]. Potom, väčšina oxidu hlinitého sa používa ako prívod na výrobu hliníkového kovu prostredníctvom Hall-Héroultovho procesu, ktorý zahŕňa elektrolytickú redukciu oxidu hlinitého v kúpeli kryolitu (Na3AlF6). Trvá to asi 4-6 ton sušeného bauxitu na výrobu 2 t oxidu hlinitého, čo zase prináša 1 t z hliníkového kovu [3,11].
Bayerov proces sa začína zmiešaním premytého a jemne mletého bauxitu s lúhovacím roztokom. Výsledná suspenzia obsahujúca 40-50% tuhé látky sa potom natlakujú a zahrievajú parou. V tomto kroku sa časť oxidu hlinitého rozpustí a vytvorí rozpustný hlinitan sodný (NaAlO2), Ale kvôli prítomnosti reaktívneho oxidu kremičitého, Komplexný kremičitan hlinitý sodný sa tiež vyzráža, čo predstavuje stratu oxidu hlinitého aj sódy. Výsledná suspenzia sa premyje, a vzniknutý zvyšok (t. j., Red Mud) je dekantovaný. Hlinitan sodný sa potom vyzráža ako trihydrát hliníka (Al(OH)3) prostredníctvom procesu výsevu. Výsledný roztok hydroxidu sodného sa recirkuluje do lúhovacieho roztoku. Nakoniec, prefiltrovaný a premytý tuhý trihydrát oxidu hlinitého sa vypáli alebo kalcinuje za vzniku oxidu hlinitého [3,11].
Teploty vylúhovania sa môžu pohybovať od 105 °C do 290 °C a zodpovedajúce tlaky sa pohybujú od 390 kPa až 1500 kPa. Nižšie teplotné rozsahy sa používajú pre bauxit, v ktorom je takmer všetok dostupný oxid hlinitý prítomný ako gibbsite. Vyššie teploty sú potrebné na digedepositsst bauxit s veľkým percentom boehmitu a diaspóry. Pri teplotách 140 °C alebo nižších sú v lúhu hydroxidu sodného rozpustné iba gibbsite a kaolínové skupiny, a preto sa takáto teplota uprednostňuje pri spracovaní trihydrátu oxidu hlinitého . Pri teplotách vyšších ako 180 °C je oxid hlinitý prítomný vo forme trihydrátu a monohydrátu obnoviteľný v roztoku a íl aj voľný kremeň sa stávajú reaktívnymi [3]. Prevádzkové podmienky, ako je teplota, Tlak a dávkovanie činidla sú ovplyvnené typom bauxitu, a preto je každá rafinéria oxidu hlinitého prispôsobená konkrétnemu typu bauxitovej rudy. Strata drahej hydroxidu sodného (NaOH) a tvorba červeného kalu súvisia s kvalitou bauxitu používaného v procese rafinácie. Všeobecne platí, že, čím nižší je obsah Al_2 O_3 bauxitu, Čím väčší objem červeného bahna sa vytvorí, keďže fázy bez Al_2 O_3 sú odmietnuté ako červený kal. okrem toho, čím vyšší je obsah kaolinitu alebo reaktívneho oxidu kremičitého v bauxite, Čím viac červeného bahna sa vytvorí [3,8].
Vysoko kvalitný bauxit obsahuje až 61% Al_2 O_3, a mnoho prevádzkových ložísk bauxitu - zvyčajne označovaných ako nemetalurgická trieda- sú hlboko pod touto hodnotou, príležitostne tak nízke ako 30-50% Al_2 O_3. Pretože požadovaný produkt je vysoká čistota
Al_2 O_3, zvyšné oxidy v bauxite (Fe2O3 (Fe2O3), SiO2, TiO2, organický materiál) sa oddelia od Al_2 O_3 a odmietnu ako zvyšky z rafinácie oxidu hlinitého (ARR) alebo červeného kalu prostredníctvom procesu spoločnosti Bayer. Všeobecne platí, že, čím nižšia kvalita bauxitu (t. j., Obsah s nižším Al_2 O_3) čím viac červeného kalu sa vytvorí na tonu výrobku z oxidu hlinitého. okrem toho, Dokonca aj niektoré Al_2 O_3 nesúce minerály, najmä kaolinit, spôsobujú nežiaduce vedľajšie reakcie počas procesu rafinácie a vedú k zvýšeniu tvorby červeného kalu, ako aj strata drahej chemikálie hydroxidu sodného, veľké variabilné náklady v procese rafinácie bauxitu [3,6,8].
Červený kal alebo ARR predstavuje veľkú a pretrvávajúcu výzvu pre hliníkový priemysel [12-14]. Červený kal obsahuje významné zvyšky žieraviny, ktoré zostali z procesu rafinácie, a je vysoko zásaditý, často s pH 10 – 13 [15]. Vyrába sa vo veľkých objemoch po celom svete - podľa USGS, Odhadovaná celosvetová výroba oxidu hlinitého bola 121 miliónov ton v 2016 [16]. Výsledkom bol odhad 150 milión ton červeného bahna vyprodukovaného počas rovnakého obdobia [4]. Napriek prebiehajúcemu výskumu, Červený kal má v súčasnosti len málo komerčne životaschopných ciest k prospešnému opätovnému použitiu. Odhaduje sa, že veľmi málo červeného bahna sa na celom svete skutočne opätovne využíva [13-14]. Namiesto, Červené bahno sa prečerpáva z rafinérie oxidu hlinitého do skladov alebo na skládky, ak sa skladuje a monitoruje s veľkými nákladmi [3]. Preto, V prospech zlepšenia kvality bauxitu pred rafináciou možno argumentovať ekonomicky aj environmentálne, najmä ak je takéto zlepšenie možné dosiahnuť technikami fyzického separovania s nízkou energiou.
Zatiaľ čo preukázané zásoby bauxitu sa očakávajú, že vydržia mnoho rokov, Kvalita rezerv, ktoré sú ekonomicky dostupné, klesá [1,3]. Pre rafinérie, ktorí podnikajú v oblasti spracovania bauxitu na výrobu oxidu hlinitého, a nakoniec hliníkový kov, Je to výzva s finančnými aj environmentálnymi dôsledkami
Suché metódy, ako je elektrostatická separácia, môžu byť predmetom záujmu bauxitového priemyslu z hľadiska predkoncentrácie bauxitu pred procesom spoločnosti Bayer. Metódy elektrostatickej separácie, ktoré využívajú kontakt, alebo tribo-elektrické, Nabíjanie je zaujímavé najmä tým, že majú potenciál separovať širokú škálu zmesí obsahujúcich vodivé, Izolačné, a polovodivé častice. Tribo-elektrické nabíjanie sa vyskytuje, keď diskrétne, rozdielne častice sa navzájom zrážajú, alebo s tretím povrchom, čo vedie k rozdielu povrchového náboja medzi týmito dvoma typmi častíc. Značenie a veľkosť rozdielu náboja čiastočne závisí od rozdielu v afinite elektrónov. (alebo pracovná funkcia) medzi typmi častíc. Separáciu je potom možné dosiahnuť pomocou externe aplikovaného elektrického poľa..
Táto technika bola priemyselne využívaná vo vertikálnych separátoroch typu voľného pádu.. V separátory voľného pádu, Častice prvýkrát získajú náboj, potom padajú gravitačne cez zariadenie s protiľahlými elektródami, ktoré aplikujú silné elektrické pole na vychýlenie trajektórie častíc podľa znamienka a veľkosti ich povrchového náboja [18]. Separátory voľného pádu môžu byť účinné pre hrubé častice, ale nie sú účinné pri manipulácii s časticami jemnejšími ako približne 0.075 na 0.1 mm [19-20]. Jedným z najsľubnejších nových vývojov v oblasti separácie suchých minerálov je triboelektrostatický pásový separátor. Táto technológia rozšírila rozsah veľkosti častíc na jemnejšie častice ako konvenčné technológie elektrostatického oddelenia., do rozsahu, v ktorom bola v minulosti úspešná iba flotácia.
Tribo-elektrostatická separácia využíva rozdiely v elektrickom náboji medzi materiálmi produkovanými povrchovým kontaktom alebo triboelektrickým nabíjaním. Zjednodušene povedané, keď sú v kontakte dva materiály, Materiál s vyššou afinitou k elektrónom tak získava elektróny, zatiaľ čo materiál s nižšou elektrónovou afinitou sa nabíja kladne.
Zariadenia ST & Technológia (STET) Triboelektrostatický pásový separátor ponúka novú prospešnú cestu k predkoncentrovanej bauxitovej rude. Proces suchej separácie STET ponúka výrobcom bauxitu alebo rafinériám bauxitu príležitosť vykonať modernizáciu bauxitovej rudy pred Bayerovým procesom s cieľom zlepšiť kvalitu. Tento prístup má mnoho výhod, vrátane: Zníženie prevádzkových nákladov rafinérie v dôsledku nižšej spotreby hydroxidu sodného znížením vstupného reaktívneho oxidu kremičitého; úspora energie počas rafinácie vďaka nižšiemu objemu inertných oxidov (Fe2O3, TiO2, Nereaktívny SiO2) Vstup s bauxitom; menší hmotnostný tok bauxitu do rafinérie a tým aj menšia energetická náročnosť na vykurovanie a natlakovanie; zníženie objemu tvorby červeného kalu (t. j., pomer červeného bahna k oxidu hlinitému) odstránením reaktívneho oxidu kremičitého a inertného oxidu; a, prísnejšia kontrola kvality vstupného bauxitu, ktorá znižuje narušenie procesu a umožňuje rafinériám zamerať sa na ideálnu hladinu reaktívneho oxidu kremičitého s cieľom maximalizovať odmietnutie nečistôt. Zlepšená kontrola kvality dodávanej bauxitu do rafinérie tiež maximalizuje prevádzkyschopnosť a produktivitu. Okrem toho, Zníženie objemu červeného kalu sa premieta do nižších nákladov na spracovanie a likvidáciu a lepšieho využitia existujúcich skládok.
Predbežné spracovanie bauxitovej rudy pred procesom spoločnosti Bayer môže ponúknuť významné výhody z hľadiska spracovania a predaja hlušiny. Na rozdiel od červeného bahna, hlušina zo suchého elektrostatického procesu neobsahuje žiadne chemikálie a nepredstavuje dlhodobú environmentálnu zodpovednosť za skladovanie. Na rozdiel od červeného bahna, Suché vedľajšie produkty/hlušina z predbežného spracovania bauxitu sa môžu použiť pri výrobe cementu, pretože nie je potrebné odstrániť sodík, čo škodí výrobe cementu. V skutočnosti je bauxit už bežnou surovinou na výrobu portlandského cementu. Predĺženie životnosti existujúcich bauxitových baní možno dosiahnuť aj zlepšením využitia lomov a maximalizáciou obnovy.
2.0 Experimentálne
2.1 Materiály
STET vykonal predbežné štúdie uskutočniteľnosti vo viac ako 15 rôzne vzorky bauxitu z rôznych miest po celom svete pomocou stolového separátora. Z týchto, 7 Rôzne vzorky boli
Tabuľka 2. Výsledok chemickej analýzy vzoriek bauxitu.
2.2 Metódy
Pokusy boli vykonané pomocou Bench-mierka TRIBO-elektrostatický pás separátor, ďalej len "oddeľovač v rámci referenčného horného". Testovanie na lavičke je prvou fázou trojfázového procesu implementácie technológií (Pozri tabuľku 3) vrátane hodnotenia plošnej stupnice, Pilotné testovanie a komerčná implementácia.
Oddeľovač stolových dosiek sa používa na skríning na účely dôkazu tribo-elektrostatického nabíjania a na určenie, či je materiál dobrým kandidátom na elektrostatickú dobročinnosť.. Hlavné rozdiely medzi každým zariadením sú uvedené v tabuľke 3. Zatiaľ čo zariadenia používané v každej fáze sa líšia veľkosťou, Princíp činnosti je v zásade rovnaký.
Tabuľka 3. Trojfázový implementačný proces využívajúci technológiu triboelektrostatického pásového separátoru STET
| Fáza | Používa sa na: | Elektróda Dĺžka cm | Typ procesu |
|---|---|---|---|
| 1- Vyhodnotenie stolovej váhy | Kvalitatívne hodnotenie | 250 | Dávka |
| 2- Pilotná váha Testovanie | Kvantitatívne hodnotenie | 610 | Dávka |
| 3- Implementácia v komerčnom meradle | Komerčná výroba | 610 | Nepretržitý |
Ako je možné vidieť v tabuľke 3, Hlavný rozdiel medzi stolovým separátorom a poloprevádzkovými a komerčnými separátormi spočíva v tom, že dĺžka stolového separátoru je približne 0.4 časy dĺžky pilotných a komerčných jednotiek. Keďže účinnosť separátora je funkciou dĺžky elektródy, skúšky na lavičke sa nemôžu použiť ako náhrada za pilotné skúšky. Testovanie pilotného rozsahu je potrebné na určenie rozsahu oddelenia, ktoré môže proces STET dosiahnuť, a určiť, či proces STET môže spĺňať ciele výrobku podľa daných sadzieb krmív. Namiesto, oddeľovač stolových dosiek sa používa na vylúčenie kandidátskych materiálov, ktoré pravdepodobne nepreukazujú žiadne významné oddelenie na úrovni pilotného rozsahu. Výsledky získané na lavičke nebudú optimalizované, a pozorované oddelenie je menšie, ako by sa pozorovalo na odlučovači STET komerčnej veľkosti.
Pred komerčným nasadením je potrebné testovanie v pilotnej prevádzke, Avšak, Testovanie na stolovej stupnici sa odporúča ako prvá fáza procesu implementácie akéhokoľvek materiálu. Okrem toho, v prípadoch obmedzenej dostupnosti materiálu, Stolový separátor poskytuje užitočný nástroj na skríning potenciálnych úspešných projektov (t. j., projekty, v ktorých je možné splniť ciele kvality zákazníkov a priemyslu pomocou technológie STET).
2.2.1 Triboelektrostatický pásový separátor STET
V tribo-elektrostatickom oddeľovače pásov (Obrázok 1 a obrázok 2), materiál je privádzaný do tenkej medzery 0.9 – 1.5 cm medzi dvoma paralelnými rovinnými elektródami. Častice sú triboelectrically nabité medzičastou kontaktu. Napríklad, v prípade vzorky bauxitu, ktorých hlavnými zložkami sú gibssite, minerálne častice kaolinitu a kremeňa, kladne nabitý (Gibssite) a záporne účtované (kaolinit a kremeň) sú priťahované k oproti elektródy. Častice sú potom zametené kontinuálnym pohybujúcim sa pásom s otvorenou sieťou a prenášané v opačných smeroch.. Pás sa pohybuje vedľa každej elektróde smerom opačných koncoch oddeľovač častice. Elektrické pole potrebuje len presunúť častice o malý zlomok centimetra, aby sa častica presunula z ľavého do pravého toku.. Protiprúdový tok separujúcich častíc a kontinuálne triboelektrické nabíjanie zrážkami častíc zabezpečuje viacstupňovú separáciu a vedie k vynikajúcej čistote a regenerácii v jednoprechodovej jednotke. Vysoký pás rýchlosť umožňuje veľmi vysoký výkon, až do 40 ton za hodinu na jeden oddeľovač. Ovládanie rôznych parametrov procesu, zariadenie umožňuje optimalizáciu minerálnej kvality a regeneráciu.
Obrázok 1. Schéma triboelektrického oddeľovača pásov
Dizajn separátora je pomerne jednoduchý. Pás a pridružených valčeky sú len pohyblivé časti. Elektródy sú stacionárne a zložené z vhodne odolný materiál. Pás je vyrobený z plastového materiálu. Dĺžka separačnej elektródy je približne 6 Merače (20 ft.) a šírku 1.25 Merače (4 ft.) pre komerčné jednotky plnej veľkosti. Spotreba energie je nižšia ako 2 kilowatt-hodinu za tonu materiál spracovaný s väčšina energie spotrebovanej v dvoch motorový Hnací remeň.
Obrázok 2. Detail separačnej zóny
Proces je úplne suchý, nevyžaduje žiadne ďalšie materiály a neprodukuje žiadne odpadové vody ani emisie do ovzdušia. Pre separáciu minerálov poskytuje separátor technológiu na zníženie spotreby vody, predĺžiť životnosť rezervy a/alebo obnoviť a opätovne spracovať chvosty.
Kompaktnosť systému umožňuje flexibilitu pri montážnych návrhoch. Technológia separácie triboelektrostatických pásov je robustná a priemyselne osvedčená a prvýkrát bola priemyselne použitá na spracovanie popolčeka zo spaľovania uhlia 1997. Táto technológia je účinná pri oddeľovaní uhlíkových častíc od neúplného spaľovania uhlia., zo sklenených hlinitého minerálnych častíc v popolčeku. Táto technológia bola nápomocná pri umožňovaní recyklácie popola bohatého na minerály ako náhrady cementu vo výrobe betónu..
Pretože 1995, nad 20 milióny ton produktového popolčeka bolo spracovaných separátormi STET inštalovanými v USA. Priemyselná história separácie popolčeka je uvedená v tabuľke 4.
Pri spracovaní nerastov, Technológia triboelektrického pásového separátoru bola použitá na oddelenie širokej škály materiálov vrátane kalcitu / kremeňa, mastenec/magnezit, a baryt/kremeň.
Obrázok 3. Komerčný triboelektrostatický pásový separátor
Tabuľka 4. Priemyselné použitie tribo-elektrostatického pásu separácie pre popol na mušku.
| Pomôcka / elektráreň | Umiestnenie | Začiatok obchodnej prevádzky | Podrobnosti o zariadení |
|---|---|---|---|
| Duke Energie - Roxboro stanica | Severná Karolína USA | 1997 | 2 Separátory |
| Talen energie- Brandon Shores | Maryland USA | 1999 | 2 Separátory |
| Škótska moc- Longannet stanice | Škótsko Veľká Británia | 2002 | 1 Oddeľovač |
| Jacksonville Electric-St. Johns River Power Park | Florida USA | 2003 | 2 Separátory |
| Južná Mississippi Elektrická energia -R.D. Morrow | Mississippi Spojené štáty americké | 2005 | 1 Oddeľovač |
| Nový Brunswick Power-Belledune | Nový Brunswick Kanada | 2005 | 1 Oddeľovač |
| Stanica RWE npower-Didcot | Anglicko Veľká Británia | 2005 | 1 Oddeľovač |
| Stanica Talen Energy-Brunner Island | Pensylvánia USA | 2006 | 2 Separátory |
| Stanica Tampa Electric-Big Bend | Florida USA | 2008 | 3 Separátory |
| Stanica RWE npower-Aberthaw | Wales Veľká Británia | 2008 | 1 Oddeľovač |
| Stanica EDF Energy-West Burton | Anglicko Veľká Británia | 2008 | 1 Oddeľovač |
| ZGP (Lafarge Cement /Ciech Janikosoda JV) | Poľsko | 2010 | 1 Oddeľovač |
| Juhovýchodná moc Kórey- Yeongheung | Južná Kórea | 2014 | 1 Oddeľovač |
| PGNiG Termika-Sierkirki | Poľsko | 2018 | 1 Oddeľovač |
| Cementárska spoločnosť Taiheiyo-Chichibu | Japonsko | 2018 | 1 Oddeľovač |
| Armstrong Fly Ash- Orlie cementy | Filipíny | 2019 | 1 Oddeľovač |
| Juhovýchodná moc Kórey- Samcheonpo | Južná Kórea | 2019 | 1 Oddeľovač |
2.2.2 Testovanie na skúšobnom zariadení
Štandardné procesné skúšky boli vykonané okolo špecifického cieľa zvýšiť koncentráciu Al_2 O_3 a znížiť koncentráciu minerálov hlušiny. Testy boli vykonané na stolovom separátore v podmienkach šarží, s testovaním vykonaným dvojmo na simuláciu rovnovážneho stavu, a zabezpečiť, aby sa nebral do úvahy akýkoľvek možný prenosový účinok z predchádzajúcej podmienky. Pred každým testom, Zozbierala sa malá podvzorka krmiva (označené ako "krmivá"). Po nastavení všetkých prevádzkových premenných, materiál bol privádzaný do stolového separátoru pomocou elektrického vibračného podávača cez stred stolového separátoru. Vzorky boli odobraté na konci každého experimentu a hmotnosti na konci produktu 1 (označené ako "E1") a koniec produktu 2 (označené ako "E2") boli stanovené pomocou počítacej stupnice legálnej pre živnosť. Pre vzorky bauxitu, "E2" zodpovedá výrobku bohatému na bauxit. Pre každú sadu čiastkových vzoriek (t. j., Feed, E1 a E2) LOI, zloženie hlavných oxidov podľa XRF, Stanovil sa reaktívny oxid kremičitý a dostupný oxid hlinitý. XRD charakterizácia bola vykonaná na vybraných podvzorkách.
3.0 Výsledky a diskusia
3.1. Vzorky mineralógie
Výsledky kvantitatívnych analýz XRD vzoriek krmiva sú uvedené v tabuľke 5. Väčšina vzoriek bola primárne zložená z gibbsitu a rôznych množstiev goethitu, hematit, kaolinitu, a kremeň. Ilmenit a anatáza boli tiež evidentné v menších množstvách vo väčšine vzoriek.
Došlo k zmene minerálneho zloženia S6 a S7, pretože tieto vzorky krmiva boli primárne zložené z diaspóry s menším množstvom kalcitu, hematit, goethitu, Boehmite, kaolinitu, gibbsite, kremeň, Anatáza, a zistí sa rutil. Amorfná fáza bola tiež detegovaná v S1 a S4 a pohybovala sa približne od 1 na 2 percento. Pravdepodobne to bolo spôsobené prítomnosťou smektitového minerálu, alebo nekryštalický materiál. Pretože tento materiál nebolo možné priamo merať, Výsledky pre tieto vzorky by sa mali považovať za približné.
3.2 Experimenty na stolovom meradle
Na každej vzorke minerálov bola vykonaná séria testovacích jázd zameraných na maximalizáciu Al2O3 a zníženie obsahu SiO_2. Druhy, ktoré sa koncentrujú na produkt bohatý na bauxit, budú indikovať pozitívne správanie pri nabíjaní. Výsledky sú uvedené v tabuľke 6
Tabuľka 5. XRD analýza vzoriek krmiva.
Tabuľka 6. Súhrnné výsledky.
Testovanie stolovým separátorom STET preukázalo významný pohyb Al2O3 pre všetky vzorky. Separácia Al2O3 bola pozorovaná pre S1-5, ktoré boli hlavne gibbsite, a tiež pre S6-7, ktoré boli hlavne diaspóry. okrem toho, Ďalšie hlavné prvky Fe2O3, SiO2 a TiO2 preukázali významný pohyb vo väčšine prípadov. Pre všetky vzorky, pohyb straty pri zapaľovaní (LOI) Nasledoval pohyb Al2O3. Pokiaľ ide o reaktívny oxid kremičitý a dostupný oxid hlinitý, pre S1-5, ktoré sú takmer všetky gibbsite (trihydrát hliníka) hodnoty by sa mali brať do úvahy pri 145 ° C, zatiaľ čo pre S6-7, pre ktoré je dominantným minerálom diaspóra (monohydrát hliníka) hodnoty by sa mali posudzovať pri 235 °C. Pri všetkých vzorkách testovanie stolovým separátorom STET preukázalo podstatné zvýšenie dostupného oxidu hlinitého a významné zníženie obsahu reaktívneho oxidu kremičitého na výrobok pre vzorky trihydrátu aj monohydrátu bauxitu. Bol tiež pozorovaný pohyb hlavných minerálnych druhov, ktorý je graficky znázornený nižšie na obrázku 4.
Z hľadiska mineralógie, Stolový separátor STET preukázal koncentráciu druhov oxidu hlinitého a diaspór na produkt bohatý na bauxit a súčasne vyradil iné druhy hlušiny. Čísla 5 a 6 vykazovať selektivitu minerálnych fáz výrobku bohatého na bauxit pre vzorky trihydrátov a monohydrátov, v uvedenom poradí. Selektivita bola vypočítaná ako rozdiel medzi hromadnou deportáciou na produkt pre každý minerálny druh a celkovou hromadnou obnovou produktu. Pozitívna selektivita indikuje koncentráciu minerálov vo výrobku bohatom na bauxit, a celkového pozitívneho správania pri nabíjaní. Opak, Záporná hodnota selektivity indikuje koncentráciu v vedľajšom produkte chudom bauxitu, a celkového negatívneho správania pri nabíjaní.
Pre všetky trihydrátové nízkoteplotné vzorky (t. j., S1, S2 a S4) Kaolinit vykazoval negatívne správanie pri nabíjaní a koncentroval sa na vedľajší produkt chudý na bauxit, zatiaľ čo gibbsite sa koncentroval na produkt bohatý na bauxit (Obrázok 5). Pre všetky monohydrátové vysokoteplotné vzorky (t. j., S6 a S7) oba reaktívne minerály obsahujúce oxid kremičitý, kaolinit a kremeň, vykazoval negatívne správanie pri nabíjaní. Pre posledne menované, Diaspóra a boehmit hlásili produkt bohatý na bauxit a vykazovali pozitívne správanie pri nabíjaní (Obrázok 6).
Obrázok 5. Selektivita minerálnych fáz voči produktu.
Obrázok 6. Selektivita minerálnych fáz voči produktu.
Merania dostupného oxidu hlinitého a reaktívneho oxidu kremičitého vykazujú podstatný pohyb. Pre bauxity pri nízkej teplote (S1-S5), množstvo prítomného reaktívneho oxidu kremičitého na jednotku dostupného oxidu hlinitého sa znížilo z 10-50% na relatívnom základe (Obrázok 7). Podobné zníženie bolo pozorované u bauxitov s vysokou teplotou (S6-S7) ako je vidieť na obrázku 7.
Pomer bauxitu k oxidu hlinitému bol vypočítaný ako inverzný pomer dostupného oxidu hlinitého. Pomer bauxitu k oxidu hlinitému sa znížil o medzi: 8 – 26% v relatívnom vyjadrení pre všetky testované vzorky (Obrázok 8). Je to zmysluplné, pretože to predstavuje ekvivalentné zníženie hmotnostného toku bauxitu, ktorý je potrebné privádzať do procesu spoločnosti Bayer.
Obrázok 7. Reaktívny SiO2 na jednotku dostupného Al2O3
Obrázok 8. Pomer bauxitu k oxidu hlinitému.
3.3 Diskusia
Experimentálne údaje ukazujú, že separátor STET zvýšil dostupný Al2O3 a súčasne znížil obsah SiO_2. Obrázok 9 predstavuje koncepčný diagram očakávaných prínosov spojených so znížením reaktívneho oxidu kremičitého a zvýšením dostupného oxidu hlinitého pred Bayerovým procesom. Autori vypočítali, že finančný prínos pre rafinériu oxidu hlinitého by bol v rozmedzí $15-30 USD za tonu výrobku z oxidu hlinitého. To odráža ušetrené náklady na hydroxid sodný, ktorý sa stratil v dôsledku produktu desilicaton (DSP), úspory energie vďaka zníženiu vstupu bauxitu do rafinérie, zníženie tvorby červeného kalu a malý zdroj príjmov z predaja vedľajšieho produktu bauxitu nízkej kvality výrobcom cementu. Obrázok 9 načrtáva očakávané prínosy implementácie triboelektrostatickej technológie STET ako prostriedku na predkoncentráciu bauxitovej rudy pred procesom spoločnosti Bayer.
Inštalácia procesu separácie STET na predbežné spracovanie bauxitu by sa mohla vykonať buď v rafinérii oxidu hlinitého, alebo v samotnej bani na bauxit. Avšak, proces STET vyžaduje suché mletie bauxitových rúd pred separáciou, oslobodiť hlúposť, Preto môže byť logistika mletia a spracovania bauxitu v rafinérii jednoduchšia.
Ako jedna z možností – Suchý bauxit by sa melel pomocou osvedčenej technológie suchého mletia, napríklad vertikálny valcový mlyn alebo nárazový mlyn. Jemne mletý bauxit by sa oddelil procesom STET, s výrobkom z bauxitu s vysokým obsahom oxidu hlinitého odoslaným do rafinérie oxidu hlinitého. Inštalácia suchého mletia by umožnila elimináciu mokrého mletia, ktoré sa tradične používa počas procesu spoločnosti Bayer. Predpokladá sa, že prevádzkové náklady na suché brúsenie by boli zhruba porovnateľné s prevádzkovými nákladmi na mokré brúsenie, Najmä vzhľadom na to, že mokré brúsenie, ktoré sa dnes vykonáva, sa vykonáva na vysoko alkalickej zmesi, čo vedie k značným nákladom na údržbu.
Suchý vedľajší produkt bauxitu nízkej kvality (hlušina) z procesu separácie by sa predal na výrobu cementu ako zdroj oxidu hlinitého. Bauxit sa bežne pridáva do výroby cementu, a suchý vedľajší produkt, na rozdiel od červeného bahna, neobsahuje sodík, ktorý by bránil jeho použitiu pri výrobe cementu. To poskytuje rafinérii metódu zhodnocovania materiálu, ktorý by inak opustil proces rafinácie ako červené bahno, a vyžadovalo by si dlhodobé skladovanie, predstavujúce náklady.
Výpočet prevádzkových nákladov, ktorý vykonali autori, odhaduje prínos projektu vo výške $27 USD za tonu oxidu hlinitého, s hlavnými vplyvmi dosiahnutými znížením hydroxidu sodného, zníženie červeného kalu, zhodnotenie vedľajšieho produktu a úspora paliva vďaka nižšiemu objemu bauxitu do rafinérie. Preto 800,000 Tona ročne by rafinéria mohla očakávať finančný prínos vo výške $21 Mil. USD ročne (Pozri obrázok 10). Táto analýza neberie do úvahy potenciálne úspory zo zníženia dovozných alebo logistických nákladov bauxitu, čo môže ešte viac zvýšiť návratnosť projektu.
Obrázok 10. Výhody reaktívnej redukcie oxidu kremičitého a zvýšenie dostupného oxidu hlinitého.
4.0 Závery
Zhrnutie, suché spracovanie separátorom STET ponúka príležitosti na vytváranie hodnoty pre výrobcov a rafinérie bauxitu. Predbežné spracovanie bauxitu pred rafináciou zníži náklady na chemikálie, Znížte objem generovaného červeného kalu a minimalizujte narušenie procesu. Technológia STET by mohla umožniť spracovateľom bauxitu premeniť nemetalurgický bauxit na metalurgický bauxit – čo by mohlo znížiť potrebu dovážaného bauxitu a/alebo predĺžiť životnosť zdrojov lomu. Proces STET by sa mohol zaviesť aj na výrobu bauxitu vyššej kvality nemetalurgickej kvality a metalurgickej triedy, a vedľajšie produkty bauxitu cementovej kvality pred procesom spoločnosti Bayer.
Proces STET vyžaduje malú predbežnú úpravu minerálu a pracuje s vysokou kapacitou – až do 40 tóny za hodinu. Spotreba energie je nižšia ako 2 kilowatthodín na tonu spracovaného materiálu. Okrem toho, proces STET je plne komercializovaná technológia pri spracovaní nerastov, a preto si nevyžaduje vývoj nových technológií.
Referencie
1. Bergsdal, Håvard, Anders H. Strømman, a Edgar G. Hertwich (2004), “Prostredie hliníkového priemyslu, Technológia a výroba”.
2. Das, Subodh K., a Weimin Yin (2007), “Celosvetová ekonomika hliníka: Súčasný stav priemyslu” JOM 59.11, PP. 57-63.
3. Vincent G.. Kopec & Errol D. Sehnke (2006), "Bauxit", in Priemyselné minerály & Skaly: Komodity, Trhy, a použitie, Spoločnosť pre baníctvo, Metalurgia a prieskum Inc., Englewood, CO, PP. 227-261.
4. Evans, Ken (2016), “História, Výzvy, a nový vývoj v riadení a používaní rezíduí bauxitu”, Časopis udržateľnej metalurgie 2.4, PP. 316-331
5. Gendron, Robin S., Mats Ingulstad, a Espen Storli (2013), "Hliníková ruda: politická ekonómia globálneho bauxitového priemyslu", UBC Press.
6. Hadica, H. R. (2016), “Bauxitová mineralógia”, Základné hodnoty v ľahkých kovoch, Springer, Cham, PP. 21-29.
7. Authier-Martin, Monique, a kol. (2001),”Mineralógia bauxitu na výrobu oxidu hlinitého v taviarni", JOM 53.12, PP. 36-40.
8. Kopec, V. G., a R. J. Robson (2016), “O klasifikácii bauxitov z hľadiska závodu Bayer”, Základné hodnoty v ľahkých kovoch, Springer, Cham, PP. 30-36.
9. Songqing, Gu (2016). “Čínsky bauxit a jeho vplyv na výrobu oxidu hlinitého v Číne”, Základné hodnoty v ľahkých kovoch, Springer, Cham, PP. 43-47.
10. Habaši, Fathi (2016) “Sto rokov procesu spoločnosti Bayer na výrobu oxidu hlinitého” Základné hodnoty v ľahkých kovoch, Springer, Cham, PP. 85-93.
11. Adamson, A. N., E. J. Bloore, a A. R. Carr (2016) “Základné princípy návrhu procesov spoločnosti Bayer”, Základné hodnoty v ľahkých kovoch, Springer, Cham, PP. 100-117.
12. Anich, Ivan, a kol. (2016), “Technologický plán pre oxid hlinitý”, Základné hodnoty v ľahkých kovoch. Springer, Cham, PP. 94-99.
13. Liu, Wanchao, a kol. (2014), “Environmentálne hodnotenie, manažment a využitie červeného kalu v Číne”, Časopis čistejšie výroby 84, PP. 606-610.
14. Evans, Ken (2016), “História, Výzvy, a nový vývoj v riadení a používaní rezíduí bauxitu”, Časopis udržateľnej metalurgie 2.4, PP. 316-331.
15. Liu, Yong, Chuxia Lin, a Yonggui Wu (2007), “Charakterizácia červeného kalu získaného kombinovanou metódou kalcinácie Bayerovým procesom a bauxitom”, Časopis nebezpečných materiálov 146.1-2, PP. 255-261.
16. USA. Geologický prieskum (USGS) (2018), "Bauxit a oxid hlinitý", v bauxite a oxide hlinitom Štatistika a informácie.
17. Paramguru, R. K., P. C. Rath, a V. N. Misra (2004), “Trendy vo využívaní červeného kalu – prehľad”, Spracovanie nerastov & Extrakčný metall. Rev. 2, PP. 1-29.
18. Manouchehri, H, Hanumantha Roa, K, & Forssberg, K (2000), "Preskúmanie metód elektrickej separácie, Časť 1: Základné aspekty, Minerálne látky & Hutnícke spracovanie", Vol. 17, nie. 1, pp 23 – 36.
19. Manouchehri, H, Hanumantha Roa, K, & Forssberg, K (2000), "Preskúmanie metód elektrickej separácie, Časť 2: Praktické úvahy, Minerálne látky & Hutnícke spracovanie", Vol. 17, nie. 1, s. 139 – 166.
20. Ralston O. (1961), Elektrostatické oddelenie zmiešaných granulovaných tuhých látok, Vydavateľstvo Elsevier, z tlače.
